一文详解封装缺陷分类

文章来源：学习那些事

原文作者：前路漫漫

本文主要讲述封装缺陷。

概述

在电子器件封装过程中，会出现多种类型的封装缺陷，主要涵盖引线变形、底座偏移、翘曲、芯片破裂、分层、空洞、不均封装、毛边、外来颗粒以及不完全固化等。

引线变形

引线变形现象，多发生于塑封料流动阶段，表现为引线出现位移或形态改变。衡量这一缺陷程度，常采用引线最大横向位移 x 与引线长度 L 的比值 x/L 作为量化指标。在高密度 I/O 器件封装场景中，引线弯曲极易引发电器短路故障；同时，弯曲产生的应力还可能致使键合点开裂，削弱键合强度。而封装设计、引线布局、引线材料与规格、模塑料特性、引线键合工艺以及封装流程等，均会对引线键合产生影响；至于引线直径、长度、断裂载荷、密度等参数，更是与引线弯曲程度紧密相关。

底座偏移

底座偏移指的是芯片载体（即芯片底座）发生形变与位置偏离。塑封料的流动性能、引线框架的组装设计方案，以及塑封料和引线框架的材料特性，均是导致底座偏移的关键因素。像薄型小尺寸封装（TSOP）、薄型方形扁平封装（TQFP）这类封装器件，由于引线框架较薄，在封装过程中更易出现底座偏移与弓脚变形问题，底座偏移情况可参考下图。

翘曲

封装器件在平面之外发生的弯曲与形变，被称为翘曲。塑封工艺引发的翘曲不仅会带来分层、芯片开裂等可靠性隐患，还会在制造环节造成诸多问题。以塑封球栅阵列（PBGA）器件为例，翘曲会导致焊料球共面性不佳，使得器件在回流焊组装至印刷电路板时出现故障。

在封装工艺中，贴装问题里的翘曲现象存在内凹、外凸以及组合模式这三种类型，具体形态如下图所示。塑封料成分、模塑料湿气含量、封装几何结构等，都是引发翘曲的潜在因素。通过精准把控塑封材料及其成分、优化工艺参数、调整封装结构并管理封装前环境条件，能够最大程度减少封装翘曲。在部分场景下，还可采用对电子组件封装背面进行处理的方式来补偿翘曲。例如，大陶瓷电路板或多层板的外部连接集中在同一侧时，对其背面实施封装操作，可有效降低翘曲程度。

芯片破裂

此外，封装工艺过程中产生的应力会致使芯片破裂，而且往往会加剧前道组装工序中已形成的微裂缝。晶圆或芯片减薄、背面研磨、芯片黏结等操作步骤，均可能促使芯片裂缝产生。值得注意的是，出现破裂、机械失效的芯片，并不一定会立即出现电气失效情况。芯片破裂是否会引发器件瞬间电气故障，与裂缝的延伸路径密切相关。比如，若裂缝产生于芯片背面，或许不会对芯片内部敏感结构造成影响。由于硅晶圆质地薄且脆，晶圆级封装更容易出现芯片破裂问题。因此，在转移成型工艺中，需严格管控夹持压力、成型转换压力等工艺参数，以此防范芯片破裂。而在 3D 堆叠封装领域，叠层工艺的特性使得芯片破裂风险显著增加，芯片叠层结构、基板厚度、模塑体积、模套厚度等设计因素，都会对 3D 封装中芯片破裂情况产生影响 。

分层

分层或黏结不牢，本质上是塑封料与相邻材料界面出现分离的现象。这类缺陷可能出现在塑封微电子器件的任意区域，无论是封装过程、后封装制造环节，还是器件使用阶段，都有可能发生。其中，封装工艺导致的界面黏结不良，是引发分层的关键因素。界面空洞、封装时的表面污染以及固化不完全等情况，均会致使黏结效果不佳。此外，固化与冷却过程中产生的收缩应力、翘曲，以及塑封料和相邻材料间热膨胀系数（CTE）不匹配引发的热 - 机械应力，也都是分层问题的诱因。

空洞

在封装工艺里，气泡嵌入环氧材料形成空洞的情况，可能贯穿转移成型、填充、灌封、塑封料印刷等各个阶段。通过排空或抽真空等减少空气量的手段，能够有效降低空洞出现的概率。据相关研究，采用1--300Torr（1 个大气压760Torr，1Torr = 1.01325×10⁵Pa）的真空压力范围可取得较好效果。填模仿真分析显示，底部熔体前沿与芯片接触会阻碍流动性，部分熔体前沿向上经芯片外围大开口区域填充半模顶部，新老熔体前沿在此交汇，进而产生起泡现象。

不均封装

塑封体厚度不均会引发翘曲和分层问题。传统的转移成型、压力成型、灌注封装等技术，较少出现此类缺陷；而晶圆级封装因其工艺特性，更容易导致塑封厚度不一致。为保障塑封层厚度均匀，需固定晶圆载体，尽量减小其倾斜度，以便刮刀安装；同时，还需精准控制刮刀位置，维持刮刀压力稳定。在塑封料硬化前，若填充粒子局部聚集、分布不均，或者塑封料混合不充分，都会造成材料组成不一致。

毛边

毛边是塑封成型时，模塑料通过分型线沉积在器件引脚上形成的。夹持压力不足是产生毛边的主因，若不及时清除引脚上的模料残留，会在组装阶段引发诸多问题，如后续封装过程中键合或黏附不充分。树脂泄漏则属于较为轻微的毛边形态。

外来颗粒及不完全固化

当封装材料接触受污染的环境、设备或其他材料时，外来粒子会在封装内部扩散，并附着在 IC 芯片、引线键合点等金属部位，进而引发腐蚀及其他可靠性问题。固化时间不足、温度偏低，或是两种封装料灌注时混合比例出现偏差，都会导致不完全固化。为充分发挥封装材料性能，不仅要确保其完全固化，在许多封装工艺中，还可采用后固化工艺辅助；同时，必须严格把控封装料的配比精度。